冻融荷载下节理岩体的复合损伤模型

针对工程实际中的冻融受荷岩体,以岩石初始损伤状态为参考状态,将冻融与荷载作用引起的损伤视为细观损伤,节理引起的损伤视为宏观损伤,根据Lemaitre应变等效性假设,推导建立考虑宏细观缺陷的节理岩体复合损伤模型.应用该模型分析贯通率和冻融次数分别对岩体力学性质劣化的影响,结果表明:在贯通率一定时,损伤演化曲线随冻融次数的增加而增加,试验与理论峰值强度(或弹性模量)曲线随冻融循环次数增加而降低;在冻融次数一定时,损伤演化曲线与贯通率呈正相关关系,试验与理论峰值强度(或弹性模量)与贯通率呈负相关关系.说明贯通率与冻融次数对岩体的劣化产生一定影响,且饱和试验组受冻融效应较天然试验组力学性能劣化严重.将所建模型计算结果与试验值进行比较,理论曲线与试验曲线吻合良好,验证了所建模型的合理性与有效性.     

不同倾角节理岩体损伤演化特征分析

为研究节理倾角对岩体损伤的影响规律,运用损伤力学理论建立考虑节理与荷载共同作用的岩体损伤演化模型及损伤本构模型;通过单弱面理论对模型试验进行验证,同时探讨节理岩体损伤演化特征.结果表明:单弱面理论结果与试验结果较为吻合,模型试验能较好地表征含单一结构面的岩体在荷载作用下的力学特征及损伤演化规律;当节理倾角从0增大到90°过程中,初始节理损伤先增后减,在倾角为60°时至最大值,总体呈倒"U"型分布规律;不同倾角节理岩体总损伤演化规律基本一致,均呈"S"型分布规律,先缓慢增加,而后快速增加,最后再缓慢增加其值趋于1;节理倾角只影响总损伤率数值大小不影响其演化规律,总损伤率随应变增加呈正态分布;总损伤率受控于节理面分布规律,当节理倾角从0增大至90°的过程中,总损伤率先减小后增大.     

非贯通节理岩体的有效场和损伤本构关系

用有效场方法 ,统计地考虑了非贯通节理裂隙之间的相互作用 ,导出了较适合于工程计算的非贯通节理岩体的损伤本构关系 .     

岩体爆破破碎损伤机理探讨

指出岩体爆破破碎的过程是岩体内原有裂隙发育和损伤增长的过程,是宏观损伤和细观损伤综合作用的结果。利用Ｌｅｍａｉｔｒｅ等效应变假设,分析了细观损伤演化与宏观损伤演化的耦合,提出了一种岩体爆破破碎综合损伤计算模型。     

非贯通节理岩体的有效场和损伤本构关系

用有效场方法,统计地考虑了非贯通节理裂隙之间的相互作用,导出了较适合于工程计算的非线通节理岩体的损伤本构关系。     

预测非贯通节理裂隙岩体等效模量的有效场方法

将预测非贯通节理裂隙岩体等效模量的有效场方法与目前常用的其他一些细观力学方法进行比较研究,通过分析指出,有效场方法具有计算简便,规范和预测精度高的特点,将其引入到岩体力学领域中计算含多组非贯通节理裂隙的岩体的等效模量是可行的。     

节理岩体损伤模型有限元分析

将岩体中固有的初始节理损伤考虑成宏观损伤场，通过引入损伤张量模拟岩体的多裂隙性。损伤张量由节理组的实测数据确定，并引入有效应力来计算节理岩体的力学效应。编制了损伤模型的平面非线性有限元程序，并采用损伤模型和常规有限元模型的有限元程序对某矿山边坡进行对比计算分析。结果表明，损伤模型有限元解析能反映节理岩体的各向异性。     

冻融受荷岩石唯象损伤扩展特性探讨

针对工程地质和岩土工程中所涉及到的冻害问题,从细观力学机理出发,将冻融循环次数及应变和岩石的损伤变量联系起来,得到宏细观相结合的冻融受荷岩石损伤演化方程及损伤扩展本构关系;对冻融荷载作用后的岩石进行唯象损伤扩展特性分析.研究发现:岩石的冻融损伤是一个疲劳损伤破坏过程,在寒区岩体工程设计和施工中,必须考虑冻融损伤的影响;寒区工程结构受荷岩石的岩性、初始损伤状态及力学性质的不同,造成冻融循环和荷载对损伤扩展的影响差别非常大,并表现出终态的宏观差异.     

预测非贯通节理裂隙岩体等效模量的有效场方法

将预测非贯通节理裂隙岩体等效模量的有效场方法与目前常用的其他一些细观力学方法进行比较研究,通过分析指出,有效场方法具有计算简便、规范和预测精度高的特点,将其引入到岩体力学领域中计算含多组非贯通节理裂隙的岩体的等效模量是可行的．     

冻融循环作用下煤矸石混凝土的损伤特性及本构关系

考虑煤矸石粗骨料取代率（0、20%、40%、60%）的影响,开展冻融循环试验、单轴受压本构试验及声发射检测试验,研究煤矸石混凝土的损伤本构模型。研究结果表明：不同取代率的煤矸石混凝土的相对峰值应变与冻融损伤值具有较高的相关性,所得冻融损伤值与相对峰值应变的方程可为本构模型的建立提供有效参数。煤矸石混凝土声发射特性与其荷载损伤发展情况、力学性能、应力–应变曲线有紧密联系,基于受压声发射特性,采用PBS平行杆力学模型建立了未冻融循环作用下煤矸石混凝土的荷载损伤模型,并结合其冻融损伤模型,建立了煤矸石混凝土冻融损伤本构关系,计算结果与试验数据符合较好。该模型能较准确地反映混凝土在冻融和单轴受压荷载作用下的全过程损伤特征。     

柱状节理岩体开挖卸荷效应及破裂区分布规律

为了分析柱状节理洞室的变形和破裂区分布特征,研究岩体开挖扰动后的卸荷效应.在构建的复合型多弱面本构模型的基础上,建立柱状节理岩体开挖卸荷过程中弹性模量随应力水平的变化机制,提出适用于柱状节理岩体的理论公式,并成功嵌入本构模型,实现了柱状节理岩体的卸荷效应.结合取得的研究成果,进行柱状节理洞室开挖的计算分析,获取了围岩的变形特征及塑性区分布规律,发现节理面的屈服破坏与节理的倾向关系密切.研究各组节理面在塑性区开展过程中的影响,结果表明,垂直于开挖面的主节理面影响最大.揭示了柱状节理洞室围岩破裂区的开展过程及分布规律,即主节理面破裂贯通的过程并伴随次节理面的破裂扩展及岩体的开裂.     

Cyclic constitutive equations of rock with coupled damage induced by compaction and cracking

In this paper, the cyclic constitutive equations were proposed to describe the constitutive behavior of cyclic loading and unloading. Firstly, a coupled damage variable was derived, which contains two parts, i.e., the compaction-induced damage and the cracking-induced damage. The compaction-induced damage variable was derived from a nonlinear stress–strain relation of the initial compaction stage, and the cracking-induced damage variable was established based on the statistical damage theory. Secondly, based on the total damage variable, a damage constitutive equation was proposed to describe the constitutive relation of rock under the monotonic uniaxial compression conditions, whereafter, the application of this model is extended to cyclic loading and unloading conditions. To validate the proposed monotonic and cyclic constitutive equations, a series of mechanical tests for marble specimens were carried out, which contained the monotonic uniaxial compression (MUC) experiment, cyclic uniaxial compression experiments under the variable amplitude (CUC-VA) and constant amplitude (CUC-CA) conditions. The results show that the proposed total damage variable comprehensively reflects the damage evolution characteristic, i.e., the damage variable firstly decreases, then increases no matter under the conditions of MUC, CUC-VA or CUC-CA. Then a reasonable consistency is observed between the experimental and theoretical curves. The proposed cyclic constitutive equations can simulate the whole cyclic loading and unloading behaviors, such as the initial compaction, the strain hardening and the strain softening. Furthermore, the shapes of the theoretical curves are controlled by the modified coefficient, compaction sensitivity coefficient and two Weibull distributed parameters.     

Damage and failure rule of rock undergoing uniaxial compressive load and dynamic load

1INTRODUCTION Naturalrockinlithosphereiscommonlyinthetri dimensionalstressstate,butthatofthewallrockaroundundergroundstructuresisoftentrans formedtouni dimensionalstatewhenundergroundstructureprojectsareputinpracticeororeisminedout.Butwhenthestressstateofrocktrans formsfromhighdimension stolowdimension s,ifcertainconditionsaresatisfied,rockburstwillpos siblyoccur[1].Inordertoinvestigatetherockburstoccurrencemechanism,theuniaxialloadingtestisoftencarriedouttosimulateapproximatelytherockburs…     

柱状节理岩体横观各向同性本构关系研究

采用复合材料力学方法,针对柱状节理岩体考虑节理交错、层内错动带及柱轴偏转等因素建立了横观各向同性本构模型,对其等效弹性参数进行了系统分析,并根据某拟建水电站坝址区玄武岩体原位试验资料,探讨了层内错动带和节理等因素对弹性参数的影响.研究表明：坝址区分布的层内错动带对柱状节理岩体弹性参数影响较大,在垂直于层内错动带方向上弹性模量减小了50%以上;柱状节理倾角影响也比较明显,在倾角为15°时,等效弹性模量下降低约19%.该方法可以完善描述柱状节理岩体各向异性变形特征和规律,揭示了原位测试水平向弹性模量大于铅直向的原因.     

混凝土单轴压缩过程中损伤演化与声发射分析

为了研究混凝土单轴压缩状态下的损伤演化过程,利用声发射设备采集试样破坏过程的声发射数据,基于声发射信号建立声发射能量表述的损伤本构方程,对损伤程度进行量化表述,提出了损伤因子在启裂强度和损伤强度的取值区间.基于连续介质损伤力学,对微裂纹的发育过程和声发射能量数综合分析.结果表明,理论应力-应变曲线与试验曲线吻合较好,混凝土单轴压缩过程各阶段吻合度较高,混凝土单轴压缩损伤本构模型具有一定的合理性.     

大理岩三点弯曲梁弹塑性损伤破坏研究

在应变空间内,推导出弹塑性损伤增量本构方程,通过自编程序实现该本构方程,同时将此程序实现了并行算法;建立了三点弯曲梁二维及三维细观尺度数值试样,分别进行相应地弹塑性损伤破坏数值模拟,作了相应的对比分析,在数值模拟中,提出破坏单元网格消去法,模拟裂纹扩展。研究发现:数值试验同物理试验较吻合,且与理论分析是一致的;由于三维试样细观单元的非线性比二维在空间上更为离散,由三维细观单元弹塑性损伤非线性反映宏观试样的非线性,更能深入地研究细观破坏机理;提出的破坏单元网格消去法为有限元清晰模拟裂纹开辟了新的途径;并行算法程序的实现为应用于大型三维水利水电工程奠定了基础。     

有限元法预测贯通节理岩体三维等效弹性参数

采用节理有限元法对贯通节理岩体的变形特性以及等效本构关系进行研究，分别对含有一组和三组节理的岩体等效弹性常数进行了预测。与解析方法相比，数值方法可以不必做太多的假设，能对节理岩体的力学行为进行综合分析，从而可得到包含完整岩石与节理的统一的本构关系，并可研究节理面几何形态的影响。     

Research on the energy evolution characteristics and the failure intensity of rocks

It is pretty challenging and difficult to quantitatively evaluate the intensity of dynamic disasters in deep mining engineering. Based on the uniaxial loading-unloading experiments for five types of rocks, this paper investigated the energy evolution characteristics, and identified the damage and crack propagation thresholds. Also, the fragment size distributions of the rocks after failure were analyzed. The energy release rate(G_e) and energy dissipation rate(G_d) were then proposed to describe the change of energies per unit volume and per unit strain. Results demonstrated that the more brittle rocks had the shorter stage of unstable crack growth and the lower induced damage at crack damage thresholds. The evolution characteristics of the strain energy rates can be easily identified by the crack propagation thresholds. The failure intensity index(FI_d), which equals to the values of G_e/G_d at the failure point, was further put forth.It can account for the brittleness of the rocks, the intensity of rock failure as well as the degree of rock fragmentation. It was revealed that a higher FI_d corresponded to a lower fractal dimension and stronger dynamic failure.